中国区域DMSP/OLS夜间灯光影像的校正

美国国防军事气象卫星（DMSP）搭载的线性扫描系统（OLS）获取的夜间灯光影像具有很强的光电放大能力，存储量小，可直观反映人类活动，被广泛应用于城镇化监测、社会经济因素估算等方面。但是获取这些数据集的各传感器均未经过星上定标，存在像元饱和问题，并且传感器获得的1992—2013年的各数据之间缺乏可比性、连续性，无法直接用于长时间序列的研究，因此需要对长时间序列的DMSP/OLS夜间灯光影像进行校正处理。校正内容包括中国区域各灯光影像间的相互校正、饱和校正、年内融合、年际间校正等；并对校正后的DMSP/OLS夜间灯光影像进行合理性检验，检验结果表明该校正方法是可行的。     

夜间灯光遥感与城市问题研究：数据、方法、应用和展望

夜间灯光遥感是能够探测夜间微光的光学遥感技术,可获取白天遥感无法获取的信息。由于城市区域的人造光源是夜间稳定亮光的主要来源,夜间灯光遥感影像已被证明可以更直观地反映夜间人类活动差异,同时具有覆盖范围大、时效快和易获取等优势,可广泛应用于多尺度长时序的城市问题研究。目前,基于夜间灯光遥感数据的应用研究成果较为丰富,不少学者对夜间灯光遥感数据的数据预处理以及应用潜力等方面进行了归纳。但基于夜间灯光遥感与城市问题研究的整理和总结还有待进一步加强。基于此,本文通过对近几十年来有关夜间灯光遥感数据的研究成果进行了详细梳理,从多尺度城市空间结构分析、城市社会经济指标估算以及城市公共安全领域研究3方面入手,系统梳理夜间灯光遥感数据的应用能力。进一步根据数据应用过程中出现的问题,从夜间灯光遥感日数据应用、长时间序列数据集生产以及定量验证等角度探讨了夜间灯光遥感所面临的挑战与前景。     

DMSP/OLS和VIIRS/DNB夜间灯光影像的校正及拟合

运用不变目标法对DMSP/OLS影像数据进行了相互校正、连续性校正和过饱和校正，以校正后的DMSP/OLS数据为参考对VⅡRS/DNB数据进行了重分类，利用两者影像数据在时间与空间中的重叠区域拟合VⅡRS/DNB数据，并对结果进行了评价，目的是获得长时间序列连续稳定的夜间灯光数据。同时建立了新疆区域校正后影像数据与社会经济指标中年末人口总数、生产总值、平均每天耗电量、建设用地之间的关系，探讨了夜间灯光数据在长时间序列下模拟社会经济参量的能力。结果表明，运用不变目标法校正后的夜间灯光影像更稳定、更连续，缩小了VⅡRS/DNB数据与DMSP/OLS数据像元DN值量级差异，使长时间序列下的灯光数据具有可比性。校正后长时间序列夜间灯光数据与社会经济参量的相关性高，说明校正后的长时间序列灯光影像数据在省级尺度上与社会经济指标契合。     

黄河流域夜间灯光数据与社会经济发展指标的时空耦合关系研究

本文通过对1992—2013年全国夜间灯光数据的校正和处理,获得全国及流域夜间灯光数据影像,进行经济空间聚合分析,以及与相关因子进行对比分析。研究结果表明：经济空间聚合高的区域分布在黄河河道附近,从黄河上游到下游,热力强度逐渐增强,并且以省会城市为核心区向外扩散,即呈现为在旧聚合点聚合度加剧的情况下,聚合区域有向周边分散的趋势;夜间灯光数据的变化趋势与GDP的变化趋势具有一定的相似性,并且与城镇化率、人口数量、第三产比例、人均公园绿地面积、流域发展指数（BDI）具有一定的相关性;流域9省（自治区）的夜间灯光数据整体变化趋势与全国灯光数据的变化趋势基本一致,呈稳定上升的趋势,但整体值均低于全国的夜间灯光数据,并且差距有所扩大,黄河流域高质量发展迫在眉睫。     

基于多时相夜间灯光数据的城市建成区提取研究——以西南地区为例

城市化对地区经济的发展具有重要的战略意义,而地理信息系统(GIS)和遥感技术的应用,为城市化发展信息的获取提供新的研究途径。文中以2003年、2005年和2007年3期的DMSP/OLS夜间灯光数据为例,借助地理信息系统(GIS)平台,提取出西南地区城市空间信息。考虑区域差异性,将西南地区分为川渝、云贵和广西3个区域,分别进行城市化发展过程和趋势的分析。将夜间灯光数据应用到经济不发达的地区,在数据提取精度上还需进一步结合中尺度遥感影像进行分析。     

珞珈一号新型夜间灯光数据应用潜力分析

夜间灯光数据在人类空间活动相关领域表现出越来越广泛的应用能力。由武汉大学团队研制的珞珈一号新型夜间灯光遥感卫星，是目前国际上首颗专业夜间灯光遥感卫星。为了解其数据的特征信息及应用潜力，本文将其与SNPP-VⅡRS夜间灯光数据在卫星参数、数据特征、数据噪声及应用精度方面进行了多层次的对比分析。结果表明，珞珈一号新型夜间灯光影像具有更高的分辨率及更优异的细节特征，且在人类空间活动方面表现出更高的相关性，反映出珞珈一号夜间灯光影像具有较大的应用潜力，可为人类可持续发展作出更长远的贡献。     

基于ArcGIS的DMSP/OLS夜间灯光影像校正模型的构建

系统分析了DMSP/OLS非辐射标定夜间灯光强度数据本身的固有缺陷,提出了一套完整地对中国区域夜间灯光影像进行校正的技术思路,并基于ArcGIS地理信息平台进行了相应的模型构建,有效去除了灯光影像中非稳定亮值像元的影响以及影像序列中DN值的异常波动,增加了长时间序列夜间灯光影像的连续性和可比性,在数量尺度和空间尺度均取得了较好的校正效果。     

DMSP/OLS稳定夜间灯光影像的校正方法

由于DMSP/OLS稳定夜间灯光遥感图像的不连续性和过饱和问题,该数据不具有直接可比性,使用前需进行影像校正。本文提出了一套新的稳定夜间灯光数据的校正方法,包括传感器间的依次校正、连续性校正和过饱和校正,系统校正了1992—2013年时间序列上的34期影像,并对得到的目标影像进行了目视评价、定量评价、相关评价和优势分析。校正后的图像连续性、稳定性大幅提高,与社会经济数据呈现更强烈的线性相关。同时避免了传统方法中的误差引入问题,得到了较好的校正结果。     

中国区域DMSP-OLS与NPP-VIIRS夜间灯光影像校正

本文基于对传统不变目标区域校正法的改进,选择4期辐射定标参考影像对DMSP-OLS影像进行了饱和校正与时间序列连续性校正。通过阈值法去除了NPP-VIIRS影像的背景噪声及异常值,利用对数变换压缩了其灯光辐射值的动态范围,使其亮度分布更接近于DMSP-OLS数据。利用BiDoseResp函数模型对NPP-VIIRS影像进行了一致性校正,获得了1992-2019年长时间序列夜间灯光影像。从定性、定量及校正影像与社会经济参量的相关性方面对校正结果进行了精度验证。结果表明,改进后的校正方法改善了DMSP-OLS影像饱和严重的现象,使其获得了长时间序列纵向可比性。BiDoseResp函数模型可以很好地拟合DMSP-OLS和对数变换后的NPP-VIIRS之间的回归。校正后的长时间序列灯光影像数据与社会经济参量高度契合。校正结果对推广长时间序列夜间灯光影像的广泛应用、深化长时间序列科学问题的研究具有重要价值。     

中巴经济走廊DMSP/OLS与NPP/VIIRS夜光数据辐射一致性校正

由美国国防气象卫星搭载的可见光成像线性扫描业务系统(DMSP/OLS)和国家极轨卫星搭载的可见光近红外成像辐射仪(NPP/VIIRS)获取的夜间灯光影像是监测人类社会经济活动和自然现象(如林火、油气燃烧等)的主要数据源。然而,现有的夜间灯光数据存在缺乏星上的辐射定标、像元饱和、时间尺度不连续、多源夜间灯光影像辐射不一致等问题。基于此,本文以中巴经济走廊区域为研究区,提出了一种基于线性拟合提取不变目标区域的方法,实现了DMSP/OLS影像间、DMSP/OLS与NPP/VIIRS两种数据间的相互校正。然后对中巴经济走廊的校正结果在不同空间尺度上选用区域灰度总量、标准化差异指数以及标准化差异指数和作为评价指标进行检验。结果表明:两种校正模型的拟合优度均在0.78以上,校正后的DMSP/OLS影像灰度总量与GDP和人口数据的相关性显著提高(GDP:R~2=0.7689;人口:R~2=0.9033),且标准化差异指数明显降低;NPP/VIIRS影像经过与DMSP/OLS互校正后在辐射亮度、时空分布上与DMSP/OLS更加一致,空间细节信息更加突出,从而增强了多源夜间灯光影像的一致性,更加适合用于长时间序列社会经济要素发展趋势的分析。     

顾及邻近关系的NPP/VIIRS序列影像时空插值方法

针对可见红外成像辐射仪(visible infrared imaging radiometer suite,VIIRS)月度夜光遥感影像的数据缺失问题,提出一种利用地物邻近关系相关性的像元时空插值方法,以时、空关系互相作为约束条件,将时序变化一致性较好的像元数据作为空间插值的参考,将空间关系一致性较好的月度数据作为时序插值的参考,通过构建不同的卷积核, 在时序和空间维度分别对初步插值结果进行卷积运算,求得待插值像元的时空插值。以2015年江苏省月度夜光遥感影像修复为例,对不同维度时空插值方法进行对比分析,结果表明, 空间维度插值虽然顾及到像元的空间关联性,仍无法满足数据大范围缺失的插值要求,插值结果整体偏低;时间维度插值考虑到像元的时间趋势性,插值精度较空间维度插值有一定提高,但部分月份插值结果有较大偏差;相对于三次Hermit插值,时空插值方法获得的月度影像灯光亮度总和的最大相对误差、年度影像灯光亮度总和相对误差以及逐像元差值均显著降低。总的来看,所提时空插值方法在插值过程中同时顾及到VIIRS数据的时间趋势平稳性和空间结构稳定性,影像插值精度提高明显,且对待插值月份前后时序数据没有严格要求,更具有广泛性。     

利用多源空间数据的城中村空间层次化识别方法

城中村的精细空间分布是城市规划与城市更新的重要参考。由于城中村具有语义高级和遥感影像特征辨识度不足的特点,使用传统的场景识别方法难以从高密度城市中获得精度良好的城中村精细空间分布。针对城中村的精细识别问题,提出了一种新颖的融合遥感影像和社会感知的层次化识别方法。该方法在特征上融合了遥感图像和社会感知数据的优点,其层次化结构同时考虑了大范围的上下文信息和小范围的局部信息,为在精细尺度全面理解城中村提供了一个新思路。基于该方法对深圳市的城中村进行了空间识别,获得了2.5 m空间分辨率的精细城中村分布。精度验证表明,该结果的总体精度和Kappa系数分别达到98.68%和0.807,说明该方法具有优秀的表现。此外,还通过对照实验分别证明了层次化识别框架、融合遥感影像和社会感知数据的增益效果。结果表明,层次化框架和多源空间数据都能有效提高城中村识别方法的精度。     

顾及格网属性分级与空间关联的人口空间化方法

现有人口空间化方法多基于行政单元构建回归模型并分配格网单元人口,但分析单元的尺度差异引发模型迁移问题。同时,格网特征建模仅考虑格网自身属性,导致格网间空间关联被人为割裂。为此,基于随机森林模型提出一种顾及格网属性分级与空间关联的人口空间化方法。该方法在格网特征建模中:（1）基于自然断点法构造建筑区类别约束的夜间灯光分级特征,并在行政单元尺度统计各等级网格占比作为训练输入,以减小模型跨尺度误差;（2）利用核密度估计刻画邻域兴趣点（point of interest, POI）对当前格网人口分布的影响及距离衰减效应;（3）基于叠置分析统计不同类型建筑区轮廓包含的各类POI数量,提升特征建模精细度。选取武汉市作为实验区域,在街道尺度与WorldPop、GPW及中国公里网格人口数据集进行对比验证方法的有效性。结果表明,该方法的平均绝对值误差仅为对比数据集的1/6~1/3。此外,还探讨了特征构成、格网大小及核密度带宽对精度的影响。     

夜光遥感视角下的巴基斯坦区域发展差异分析

获得巴基斯坦的区域发展规律对于支持中巴经济走廊建设具有参考意义.基于可见光红外成像辐射仪(visible infrared imaging radiometer suite,VIIRS)月度夜光遥感影像,分别使用夜光变化率、Mann-Kendall(MK)趋势检验法和位序-规模法则3种方法研究巴基斯坦省级/城市级、格网...     

乌鲁木齐城市空间扩展特征及驱动机制

随着城市化的迅速推进,城市空间扩展研究成为城市发展研究的热点。以统计年鉴数据为参考,以土地利用现状遥感监测数据为主体,以夜间灯光遥感数据为空间校正,进行了城市建设用地的提取及面积计算分析,得到中国新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市2000—2006年为中速扩展模式,2007—2013年为高速扩展模式,2014—2018年为快速扩展模式;使用凸壳识别法,得到乌鲁木齐市2000—2018年扩展类型均为填充型;结合扩展模式用质心偏移判定乌鲁木齐扩展方向,得到乌鲁木齐市2006年较2000年,质心向西南方向偏移,2013年较2006年,质心继续向西南方向偏移,2018年较2013年,质心向东北方向偏移;通过标准差椭圆法对乌鲁木齐扩展方向进行验证,得出2006年相对于2000年,沿西北-东南方向扩展,2013年相对于2006年,沿西南-东北方向扩展,2018年相对于2013年,沿西南-东北方向扩展,扩展方向大体上与质心偏移方向相同。乌鲁木齐市城市扩展驱动机制受制于多方面因素影响,多种因素相互作用,在推动城市发展的同时,也造成城市扩展的时空分异。     

浙江城市群人口与用地规模的时空分异结构演变研究

结合夜间灯光与城市统计数据,应用城市位序-规模法则及人地异速生长模型,初步分析了浙江人口分布及人地关系,考虑到人口增长的特征,提出了加入滞后效应的修正模型,对浙江城市群长期的发展展开了动态研究.研究结果表明,浙江城市群结构体系较为成熟,但是随着经济发展,城市首位度逐步提高,人口逐渐呈现聚集状态;浙江城市群中的杭州、宁波...     

利用TPCA分析北京平原区地面沉降的时空演化特征

时间主成分分析（temporal principal component analysis,TPCA）可用于地学领域中提取时空数据的时序特征和空间分布特征,北京平原区的地面沉降具有典型的时序和空间特征。在利用永久散射体干涉测量技术获取的北京平原区2003—2010年地面沉降数据的基础上,采用TPCA方法分析了北京平原区地面沉降时空演化特征。经分析发现:（1）TPCA分析得到的第一主成分反映了地面沉降在该长时序阶段的空间分布特征。（2）第二主成分得分为正的空间点与可压缩层厚度在130 m以上的区域在空间分布上有一致性和相关性。（3）在空间上,第一主成分为负值与第二主成分为正值的永久散射体点分布在年均沉降速率30 mm/a以上的严重沉降区域。严重沉降区具有明显的南北沉降分类现象和季节性差异,具体表现为:北部沉降区在春夏季节的沉降量大于秋冬季节;南部沉降区则与之相反。总之,基于时间主成分分析方法可分析得到研究区的地面沉降时空演化规律,为城市安全监测提供数据支撑。     

多源数据支持下的城市生态环境评价及其与人类活动的关系

探究城市生态环境与人类活动的关系,是目前城市化进程中的重要研究内容。结合多源数据,提出了采用兴趣点（point of interest,POI）、开放街道地图（OpenStreetMap,OSM）道路网、住宅区数据构建人类活动指标（住宅区可步行测度指数、街道活力指数、城市功能混合度指数）和利用遥感影像构建城市生态环境指标（遥感生态指数）的方法。并结合多项式回归（polynomial regression,PLR）、随机森林回归（random forest regression,RFR）、极限梯度提升回归（extreme gradient boosting regression,XGB）、支持向量回归机（support vector regression machine,SVR）等机器学习模型,对城市生态环境与人类活动指标进行回归分析。以中国江西省南昌市为例开展实例研究,结果显示:（1）人类活动的3项指标均呈现中心高,向四周逐渐递减的趋势,而城市生态环境指标则表现出相反的态势。（2）在探究城市生态环境与人类活动关系的研究中,XGB的效果最好。（3）街道活力指数、城市功能混合度指数与城市生态环境的相关性更强,住宅区可步行测度指数与城市生态环境的相关性更差。（4）在人类活动影响较小的区域,城市生态环境会受到其他因素的干扰导致预测结果精度不高,而在人类活动强烈的区域预测精度较高。     

点云压缩研究进展与趋势

三维点云为物理世界精细数字化提供了高精度的三维表达方式,广泛应用于三维建模、智慧城市、自主导航系统、增强现实等领域。然而点云的数据海量、非结构化、密度不均等特点给点云的存储和传输带来了巨大挑战,因此在有限的存储空间容量和网络传输带宽中实现低比特率、低失真率的点云压缩具有重要的理论意义和实用价值。围绕点云压缩中的研究现状、标准框架和评价指标,阐述国内外点云压缩算法研究工作、运动图像专家组压缩标准框架以及几何和属性信息质量评价指标的最新进展,分析比较3种开源点云压缩算法在点云压缩公开数据集下的性能表现,并对点云压缩的主要发展方向趋势予以展望。     

网络约束下局部空间同位模式的扫描统计方法

空间同位模式挖掘旨在发现空间数据库中频繁发生在邻近位置的地理事件。由于空间异质性,地理事件在不同区域邻近出现的频繁程度亦存在差异,进而形成局部同位模式。现有局部同位模式挖掘方法多基于欧氏空间的平面假设,难以客观揭示网络空间（如城市道路）内地理事件间的局部同位规律,因此基于空间扫描统计思想,提出了一种网络约束下的局部同位模式挖掘方法。首先,发展了网络约束下的路径扩展方法,识别可能存在局部网络空间同位模式的候选路径;其次,基于网络约束下的二元泊松分布构建显著性检验的零模型,判别候选路径中局部网络空间同位模式的有效性。通过模拟实验与北京市出租车供需模式分析,发现该方法比现有方法得到的结果更精细、更客观,能够有效地挖掘网络约束下的局部同位模式。